Un estudio internacional dirigido por la Universidad de Bonn ha demostrado el importante papel del sistema radicular de las plantas de maíz, un cultivo que puede crecer con éxito en condiciones locales muy diferentes.
Para el estudio, los investigadores analizaron más de 9.000 variedades y pudieron demostrar que sus raíces variaban considerablemente, dependiendo de qué tan seco fuera el lugar donde se cultivaba cada variedad.
También pudieron identificar un gen importante que desempeña un papel en la capacidad de adaptación de la planta. Este gen podría ser la clave para desarrollar variedades de maíz que se enfrenten mejor al cambio climático.
Estos resultados fueron publicados recientemente en Nature Genetics. .
Es una planta tupida de tallos muy ramificados. De las axilas de sus hojas alargadas crecen mazorcas del tamaño de un dedo y cada una de ellas consta de una docena de semillas duras como piedras. Hay que mirar muy de cerca para reconocer el parentesco con una de las plantas cultivadas más importantes del mundo. Y, sin embargo, todos los expertos coinciden en que el género teosinte es la forma ancestral de todas las variedades modernas de maíz.
Los agricultores del suroeste de México comenzaron a seleccionar la descendencia de las plantas de teosinte que producían la mayor cantidad de granos, y los más sabrosos, hace más de 9.000 años. Los cultivos de maíz modernos se cultivaron de esta manera a lo largo de muchas generaciones y ahora el maíz se cultiva en todos los continentes.
"Sabemos que el aspecto de las plantas cambió significativamente durante este tiempo y, por ejemplo, las mazorcas se han vuelto mucho más grandes y más prolíficas", explica el Prof. Dr. Frank Hochholdinger del Instituto de Ciencia de Cultivos y Conservación de Recursos (INRES) en la Universidad de Bonn.
"Sin embargo, hasta ahora se sabe relativamente poco sobre cómo se desarrolló el sistema de raíces durante este período de domesticación y posteriormente."
Raíces en puros de papel
Esto ahora ha cambiado gracias al nuevo estudio. Durante los últimos ocho años, los grupos de investigación participantes han investigado alrededor de 9.000 variedades de maíz y 170 variedades de teocintle en todo el mundo. Los investigadores recogieron semillas y las colocaron en un papel marrón especial, que luego enrollaron en forma de cigarro y almacenaron en posición vertical en vasos de vidrio estrechos.
"Aproximadamente 14 días después de la germinación, desenrollamos el papel para poder observar el desarrollo temprano de las raíces sin que interfiriera la tierra adherida a ellas", dice Hochholdinger.
En colaboración con un grupo de investigación dirigido por el Dr. Robert Koller (Forschungszentrum Jülich), los investigadores también estudiaron el crecimiento de las raíces en el suelo. Para ello utilizaron un método más conocido en el campo de la medicina:la resonancia magnética.
Los resultados mostraron cómo la estructura de las raíces cambió radicalmente durante la domesticación del teosinte para convertirlo en maíz cultivado.
"En las variedades de maíz, a menudo encontramos raíces seminales poco después de la germinación; en algunas variedades hay hasta 10 o más de estas raíces", explica el Dr. Peng Yu, jefe de un grupo de investigación Emmy Noether en el INRES y recientemente Aceptó la oferta de una cátedra en la TU Munich. "Este no es el caso del teosinte."
Las raíces seminales dan a las plántulas una ventaja inicial en condiciones óptimas:les permiten absorber grandes cantidades de nutrientes del suelo muy rápidamente. "Sin embargo, hemos observado que otro tipo de raíz, las raíces laterales, sufren las consecuencias", afirma Yu.
Las raíces laterales son especialmente importantes para la absorción de agua porque aumentan considerablemente la superficie de la raíz. Probablemente esta sea la razón por la que el número de raíces seminales varía considerablemente según la variedad:las variedades de maíz que se han adaptado a condiciones secas producen muchas menos raíces seminales y más raíces laterales. Al cultivar estas variedades, los agricultores en el pasado seleccionaban, sin saberlo, plantas que habían llevado al desarrollo de esta estructura de raíces.
Los investigadores también investigaron qué material genético era responsable del crecimiento de las raíces seminales y pudieron identificar más de 160 genes candidatos. "Luego estudiamos con más detalle uno de estos genes, denominado ZmHb77", afirma Hochholdinger. "Nos dimos cuenta de que las plantas con este gen tenían más raíces seminales y, al mismo tiempo, menos raíces laterales."
Los investigadores desactivaron deliberadamente este gen en algunas plantas y pudieron cambiar la estructura de las raíces para que pudieran tolerar mejor los períodos de sequía. "Por tanto, este gen es importante para la obtención de variedades tolerantes a la sequía", explica el investigador. "A la vista del cambio climático, estas variedades serán cada vez más importantes si queremos evitar cada vez más pérdidas de cosechas en el futuro."
Más información: Peng Yu et al, Adaptación del sistema de raíces de las plántulas a la disponibilidad de agua durante la domesticación del maíz y la expansión global, Nature Genetics (2024). DOI:10.1038/s41588-024-01761-3
Información de la revista: Genética de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Bonn
